La electrónica de potencia moderna realmente comenzó con la llegada de los tiristores. Los tiristores también se conocen como rectificadores controlados por silicio o SCR. Estos son dispositivos semiconductores de cuatro capas y tres terminales. Y los tiristores son dispositivos unidireccionales.
Los rectificadores controlados por silicio son dispositivos semiconductores que se utilizan típicamente para controlar alta potencia junto con alto voltaje. Por lo tanto, estos dispositivos encuentran aplicaciones en sistemas de control de potencia CA de alto voltaje, circuitos de atenuación de lámparas, circuitos reguladores, etc. El SCR también encuentra aplicación en la rectificación de CA de alta potencia en transmisión de potencia CC de alto voltaje. El SCR pertenece a la familia de tiristores y, en realidad, el nombre SCR es el nombre comercial del tiristor de General Electrics.
El SCR es un dispositivo de cuatro capas con materiales alternados de tipo N y P. El SCR consta de un semiconductor de cuatro capas que forma una estructura PNPN o NPNP. El silicio se utiliza como semiconductor intrínseco, al que se añaden los dopantes adecuados. Tiene tres terminales llamados ánodo, cátodo y puerta. El cátodo es el más dopado y la puerta y el ánodo están menos dopados. La capa central tipo N está ligeramente dopada y también es más gruesa que las otras capas, lo que le permite soportar un alto voltaje de bloqueo.
El SCR tiene tres uniones, a saber, J1, J2 y J3. El ánodo está conectado al material tipo P de la estructura PNPN mientras que el cátodo está conectado al material tipo N. La puerta está conectada al material tipo P cerca del cátodo.
Estos son dispositivos unidireccionales y conducen la corriente solo en una dirección. Eso es de ánodo a cátodo. El disparo de SCR tiene lugar cuando su puerta obtiene un voltaje positivo. SCR se usa generalmente en aplicaciones de conmutación como controlador de relé, cargadores de batería, etc.
El tiristor tiene tres estados básicos:
Bloqueo inverso: En este estado, el tiristor bloquea la corriente de la misma manera que la de un diodo con polarización inversa.
Bloqueo hacia adelante: En este estado, el funcionamiento del tiristor es tal que bloquea la conducción de corriente directa que normalmente sería transportada por un diodo polarizado hacia adelante.
Conducción directa: En este estado, el tiristor se ha activado en conducción. Permanecerá conduciendo hasta que la corriente directa caiga por debajo de un valor umbral conocido como corriente de retención.
Operación del tiristor
SÍMBOLO SCR
El SCR inicia la conducción cuando está polarizado hacia adelante. Para este propósito, el cátodo se mantiene en negativo y el ánodo en voltaje positivo. Cuando se aplica el voltaje de polarización directa al SCR, la unión J1 y J3 se polarizan hacia adelante mientras que la unión J2 se polariza hacia atrás. Cuando se aplica un voltaje positivo en la puerta, la unión J2 se polariza hacia adelante y el SCR se enciende.
En funcionamiento, el tiristor puede considerarse como un transistor NPN y PNP conectado espalda con espalda, formando un bucle de retroalimentación positiva dentro del dispositivo. El transistor con su emisor conectado al cátodo del tiristor es un dispositivo NPN mientras que el transistor con su emisor conectado al ánodo del tiristor tiristor es dispositivo PNP . La puerta está conectada a la base del transistor NPN. La salida de un transistor se alimenta a la entrada del segundo y la salida del segundo transistor, a su vez, se retroalimenta a la entrada del primero. Esto significa que cuando una corriente comienza a fluir, se acumula rápidamente hasta que ambos transistores están completamente encendidos o saturados. Veamos un pequeño ejemplo:
Desde el circuito de abajo, aquí usamos un tiristor TYN616.
- Cuando la puerta está abierta, se determinan tres voltajes de ruptura sobre el voltaje directo mínimo al que el tiristor conduce fuertemente. Ahora, la mayor parte del voltaje de suministro aparece a través de la resistencia de carga. La corriente de retención es la puerta de corriente máxima del ánodo que se abre cuando se produce una ruptura.
- Cuando la puerta en el estado APAGADO, el tiristor proporciona una resistencia infinita que en el estado ENCENDIDO, ofrece una resistencia muy baja, que está en el rango de 0.010 a 10.
Modo de activación
En el estado normal apagado, SCR evita el flujo de corriente a través de él, pero cuando el voltaje de la puerta al cátodo aumenta y excede un nivel particular, SCR se enciende y conduce como un transistor. Una peculiaridad importante del SCR es que, una vez que se realiza, permanece bloqueado y continúa conduciendo incluso después de que se elimina el voltaje de la puerta. El SCR permanece encendido hasta que la corriente de retención de los dispositivos desciende a un valor bajo. Pero si la puerta recibe un voltaje pulsante y la corriente a través de ella está por debajo de la corriente de enclavamiento, el SCR permanecerá en el estado apagado. El SCR se puede activar sin un voltaje positivo en la puerta. El SCR generalmente está conectado con el ánodo al riel positivo y el cátodo al riel negativo. Si el voltaje aplicado al ánodo aumenta, el acoplamiento capacitivo en el dispositivo induce la carga en la puerta y se activa el SCR. Este tipo de disparo sin la corriente de puerta externa se conoce como 'disparo DV / dt'. Esto suele ocurrir al encender. Esto se llama efecto de tasa.
Pero el disparo de DV / dt no encenderá el SCR por completo y el SCR parcialmente disparado disipará mucha energía y el dispositivo puede dañarse. Para evitar la activación de DV / dt, se utiliza una red de amortiguación. Otro modo de activación es aumentando el voltaje directo de SCR por encima de su voltaje de ruptura nominal. La activación por voltaje directo ocurre cuando el voltaje a través del SCR aumenta con su puerta abierta. Esto se denomina 'avería por avalancha' durante la cual la unión 2 del dispositivo se avería. Esto también enciende el SCR parcialmente y dañará el dispositivo. Por lo tanto, el voltaje no debe exceder el voltaje nominal del SCR.
¿Cómo apagar el SCR?
Una vez que se enciende el SCR, estará en modo de conducción incluso después de que se elimine la corriente de la puerta. Este es el bloqueo SCR. El SCR se puede apagar mediante activación inversa. Se puede hacer aplicando un voltaje negativo a la puerta. El dispositivo también se puede apagar quitando la corriente del ánodo o cortando la puerta y el cátodo momentáneamente.
Aplicaciones del tiristor:
Los tiristores se utilizan principalmente en dispositivos donde se exige el control de alta potencia, posiblemente acoplada a alta tensión. Su funcionamiento los hace adecuados para su uso en aplicaciones de control de potencia de CA de voltaje medio a alto, por ejemplo, atenuación de lámparas, controladores y motor control .
Una aplicación de SCR: control de relés mediante SCR:
Si se presiona momentáneamente el interruptor S1, el relé se encenderá. Se puede apagar presionando S2.
Si el interruptor S1 se reemplaza con un LDR y un R1 con un preajuste de 4.7K, el relé se encenderá cuando la luz caiga en LDR. Ajuste preestablecido el punto de activación.
Si el interruptor S1 se reemplaza con un termistor NTC (coeficiente de temperatura negativo) de 4,7 K y un R1 con un preajuste de 1 K, el relé se activa cuando aumenta la temperatura. Ajuste preestablecido el punto de activación.
Autor de la foto:
- SCR-SYMBOL por wikimedia
